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Item Caracterização molecular e estudo de autoincompatibilidade gametofítica em cafeeiros Amazônicos(Universidade Federal de Viçosa, 2024-02-26) Silva, Ana Carolina Andrade; Caixeta, Eveline Teixeira; Rocha, Rodrigo BarrosA caracterização dos materiais genéticos de café desempenha um papel crucial no desenvolvimento de variedades mais resilientes e adaptadas às condições climáticas em mudança, contribuindo para a sustentabilidade e o futuro da produção de café. Dentre as centenas de espécies do gênero Coffea já descritas, a espécie Coffea canephora se destaca por apresentar características válidas na adaptação às condições climáticas (resistência a pragas e doenças, tolerância a seca, ampla distribuição geográfica). É uma espécie diploide, alógama e que possui autoincompatibilidade gametofítica. Ampliar os estudos para melhor conhecimento desta autoincompatibilidade também se torna essencial, uma vez que para se obter cruzamentos promissores, é necessário genitores de grupos de compatibilidade diferente, para que ocorra a fertilização. Sendo assim, os objetivos do presente trabalho foram: (i) avaliar a diversidade genética de cafeeiros provenientes do programa de melhoramento da Embrapa Rondônia juntamente com genótipos de produtores locais, via marcadores moleculares SNP; (ii) usar marcadores moleculares para identificação de cafeeiros contendo diferentes genes de resistência às principais doenças da cultura: ferrugem e CBD e (iii) sequenciar e avaliar diferenças em regiões de interesse do gene S, que podem estar relacionadas ao mecanismo de autoincompatibilidade gametofítica na espécie C. canephora. Os marcadores SNPs utilizados permitiram diferenciar e caracterizar com eficiência os cafeeiros em estudo. O dendrograma pela análise destes marcadores ficou dividido em cinco grupos. O grupo I e o grupo IV alocaram dois cafeeiros cada. O grupo II alocou 33, de sua grande maioria pertencentes a variedade botânica Robusta. O grupo III ficou constituído por 18 cafeeiros, pertencentes a variedade botânica Conilon. Por fim, o quinto e maior grupo alocou 85 cafeeiros, sendo a maioria correspondente a híbridos entre as duas variedades botânicas. Marcadores moleculares ligados a genes de resistência a doenças também possibilitaram a identificação de cafeeiros contendo piramidação de alelos de resistência a Hemileia vastatrix e Colletotrichum. kahawae. Quanto ao estudo de autoincompatibilidade, as sequências de DNA dos genótipos dos diferentes grupos de autoincompatibilidade foram alinhadas e não foi encontrado polimorfismo. Ao realizar o BLAST entre a sequência consenso obtida do sequenciamento realizado com o primer HVa3 e o genoma de referência de C. canephora, observou-se que há duas regiões de alinhamento no cromossomo 2, com grande quantidade de mismatch e Gap. Esta diferença observada pode ser decorrente da ampla diversidade genética presente na espécie. Além disso, o genoma de referência disponível foi obtido de um cafeeiro geneticamente distante dos Robustas Amazônicos e Conilons cultivados no Brasil. O alinhamento entre as duas sequencias amplificadas em regiões distintas no genoma de C. canephora com o primer Hva3 mostrou serem idênticas. Este resultado pode ser um indício dessas serem regiões repetitivas dispersas no genoma da espécie. Portanto, foi possível identificar cafeeiros divergentes geneticamente, contendo a piramidação de alelos de resistência a H. vastatrix e C. kahawae. E, este estudo de autoincompatibilidade abre portas para que novos estudos possam ser realizados a partir deste. Palavraschave: Coffea canephora. Hemileia vastatrix. CBD. SNP. Gene S. Grupos de compatibilidade.Item Computational intelligence and statistical learning applied to Coffea canephora(Universidade Federal de Viçosa, 2022-05-02) Sousa, Ithalo Coelho de; Nascimento, Moysés; Sant’anna, Isabela de Castro; Cruz, Cosme Damião; Azevedo, Camila Ferreira; Nascimento, Ana Carolina CampanaGenomic prediction in Coffee breeding has shown good potential in predictive ability (PA), genetic gains and reduction of the selection cycle time. Many methodologies are used to predict the genetic merit, but some of them require priori assumptions that may increase the complexity of the model. Artificial neural network (ANN) has advantage to not require priori assumptions about the relationships between inputs and the output allowing great flexibility to handle different types of complex non-additive effects, such as dominance and epistasis. Despite this advantage, the biological interpretability of ANNs is still limited. In the elaboration of this research project, two basic questions were formulated. The first question, is it possible to estimate genetic parameters using ANNs? The second, is it possible to reduce the panel marker size with no penalty in predictive ability? For this, the analyzes were divided into two articles. In the first article, the aim was to estimate the heritability and markers effects for two traits in Coffea canephora using an additive-dominance architecture ANN and to compare it with genomic best linear unbiased prediction (GBLUP). In the second article, the aim was to evaluate the trade-off between density marker panels size and the PA for eight agronomic traits in Coffea canephora using machine learning (bagging and random forest) algorithms and comparing them with BLASSO (Bayesian Least Absolute Shrinkage and Selection Operator) method. For both article, the data set consisted of 165 genotypes of Coffea canephora genotyped for 14,387 snp markers, after quality control analysis. For the first article the phenotypic data used was rust (Rus) and yield (Y). For the second article the phenotypic data is composed by vegetative vigor (Vig), rust (Rus) and cercosporiose incidence (Cer), fruit maturation time (Mat), fruit size (FS), plant height (PH), diameter of the canopy projection (DC) and yield (Y). In the first article we reduced the dimensionality of the data using bagging decision tree and then run 64,000 neural networks for each trait selecting the best architecture based on predictive ability for estimating the heritability, obtained results compatibles with those in literature. In the second article, 12 different density market panels were used to evaluate the effect of dimensionality reduction in PA. The common trend observed in the analysis shows an increase of the PA as the number of markers decreases, having a peak in most of the cases when used between 500 and 1,000 markers. In general, the worst results were obtained when used the full SNP panel density. The results of the second article indicate that the reduction of the number of markers can improve the selection of individuals at a lower cost. Computational Intelligence methods prove to be powerful tools for predicting genetic values, to estimate genetic parameters and to select markers. Keywords: GBLUP. BLASSO. BAGGING. Random forest. GEBV. Marker effect. Heritability.Item Estrutura populacional e diversidade genética de Coffea Canephora detectadas por marcadores moleculares(Universidade Federal de Viçosa, 2022-08-12) Silva, Letícia de Faria; Caixeta, Eveline TeixeiraA integração de marcadores moleculares consiste em estratégia eficiente para o estudo genético e auxílio dos programas de melhoramento genético da espécie cafeeira Coffea canephora. Nesse contexto, os marcadores microssatélites (SSR) e, mais recentemente, os marcadores de polimorfismo único (SNP) têm sido preferencialmente escolhidos e utilizados, pois agregam informações importantes ao programa. Esses marcadores apresentam reprodutibilidade e expressão codominante, bem como permitem analisar regiões polimórficas do genoma dos diferentes cafeeiros. Nos programas de melhoramento, esses marcadores podem ser utilizados para diferentes finalidades com destaque para os estudos de diversidade genética, que auxiliam na avaliação de recursos genéticos disponíveis, seleção de genitores, identificação e caracterização de acessos de germoplasma. Assim, o presente trabalho objetivou caracterizar e identificar a estrutura populacional e diversidade genética em populações de C. canephora utilizando marcadores moleculares. Além disso, a eficiência dos dois marcadores, SSR e SNP, foi avaliada e comparada para essa espécie cafeeira. No capítulo 1, caracterização molecular e estudo de diversidade genética foram realizados em 96 cafeeiros cultivados na Amazônia Ocidental. Dentre esses cafeeiros estão acessos do banco de germoplasma (BAG) e híbridos do programa de melhoramento da Embrapa Rondônia, bem como clones plantados pelos produtores da região. As relações genéticas por agrupamentos hierárquicos, estrutura e análises discriminantes revelaram uma distinção entre as variedades botânicas Conilon e Robusta, havendo maior diversidade na variedade Robusta. Foi possível identificar acessos com classificações errôneas, que estavam sendo considerados Conilon ou Robusta, mas que os marcadores demostraram ser genótipos híbridos entre as duas variedades botânicas. Grande diversidade genética foi detectada na população estudada, demonstrando seu potencial para a sustentabilidade da cafeicultura da Amazônia e para a obtenção de novas cultivares de C. canephora. Para o estudo de comparação da eficiência de marcadores SSR e SNP para análise da estrutura genética e diversidade populacional de cafeeiros da espécie C. canephora (capítulo 2), foram avaliados 165 acessos do BAG da Universidade Federal de Viçosa. Entre os acessos estão incluídos cafeeiros das variedades botânicas Conilon e Robusta, além de Híbridos interpopulacionais. O resultado demonstrou que, quando comparado com SNP, um menor número de marcadores SSR são necessários para classificar eficientemente a população em estudo, mostrando seu potencial para análises de diversidade genética. As vantagens e desvantagens de cada tipo de marcador foi discutida. Dessa forma, os resultados obtidos nesse estudo mostraram a importância dos marcadores moleculares para estudos genéticos e para auxiliar a condução de programas de melhoramento de C. canephora. No presente trabalho, foram disponibilizadas informações e conhecimentos para a manutenção e uso dos recursos genéticos, fornecendo subsídios para a seleção de plantas e desenvolvimento de novas cultivares. Palavras-chave: Melhoramento do cafeeiro. Banco de germoplasma. Marcadores SSR. Marcadores SNP.Item Abordagens fenotípicas e moleculares aplicadas à seleção de cafeeiros arábica com resistência múltipla a estresses bióticos(Universidade Federal de Viçosa, 2022-02-25) Feitosa, Francielle de Matos; Caixeta, Eveline TeixeiraO café é a segunda principal commodity no mercado mundial. A espécie Coffea arabica é uma das principais espécies cultivadas no mundo. No entanto, a cultura hospeda uma grande variedade de patógenos e pragas. Os patógenos Hemileia vastatrix e Colletotrichum kahawae são as doenças mais importantes da cultura, e a praga bicho-mineiro, impacta severamente a produtividade e qualidade de bebida. Assim, como forma de controle, o desenvolvimento de cultivares resistentes, com a utilização de marcadores moleculares auxiliam no progresso de melhoramento genético da cultura. O objetivo do trabalho foi identificar cafeeiros portadores de genes de resistência para as principais doenças do café; determinar a diversidade genética por meio de características morfológicas e estimar os parâmetros genéticos e os ganhos com a seleção utilizando a metodologia de modelos mistos (REML/BLUP). O estudo foi composto por duas populações, a primeira, os cafeeiros em geração F 2 são provenientes do cruzamento entre cultivar resistente a ferrugem e CBD e outra ao bicho-mineiro, enquanto que a segunda, são originados de cruzamentos de cafeeiros arábicas com fontes de resistência (seleção indiana). A identificação de cafeeiros resistentes foi feita fenotipicamente e/ou molecularmente. A análise de diversidade genética foi baseada na distância generalizada de Mahalanobis e a seleção fenotípica, por meio do procedimento REML/BLUP. Ambas populações apresentaram resistência múltipla para as principais doenças com diferentes combinações. Com base nas análises utilizando o método REML/BLUP, foi possível selecionar cafeeiros promissores por serem geneticamente divergentes e complementares pela análise de agrupamento e por proporcionar ganhos com a seleção principalmente para a característica infestação de bicho- mineiro. Além disso, foi possível observar que os materiais em desenvolvimento apresentam superioridade em relação as cultivares comerciais. Palavras-chave: Hemileia vastatrix. Colletotrichum kahawae. Melhoramento preventivo. Piramidação de genes.Item Desempenho agronômico e qualidade sensorial de genótipos de Coffea arabica L. cultivados em altitude de transição(Universidade Federal de Viçosa, 2023-08-25) Ferreira, Daniel Soares; Prieto Martinez, Herminia Emilia; Tomaz, Marcelo Antônio; Pereira, Lucas Louzada; Castanheira, Dalyse ToledoA globalização e o acesso facilitado à informação, tem proporcionado o surgimento de um mercado consumidor mais exigente quanto à qualidade superior dos cafés e a sustentabilidade dos sistemas de produção. Esses fatores exigem que a cafeicultura, principalmente de Arábica (Coffea arabica L.), tenha que se reinventar quanto à escolha de genótipos superiores, e o manejo pré colheita e pós colheita. Desta forma, objetivou-se com os trabalhos produzidos nesta tese, estudar o comportamento morfológico, produtivo e o perfil sensorial de genótipos de Coffea arabica em região de altitude de transição. Para atender os objetivos propostos foram realizados dois ensaios experimentais, utilizando genótipos promissores de cafeeiro Arábica, cultivados no distrito de Lagoa Seca, no município de Alegre, sul do estado do Espírito Santo, Brasil. O primeiro experimento propôs caracterizar e selecionar genótipos de cafeeiro Arábica cultivados em diferentes regimes hídricos e em altitude de transição, quanto às características de crescimento e morfologia dos ramos, bem como pela produtividade e qualidade dos grãos. Para tanto foram avaliados dez genótipos de cafeeiro Arábica (Paraíso H 419‐3‐3‐7‐16‐2; Catuaí Vermelho IAC 44; Paraíso MG/H 419‐1; Catucaim 24137; Sacramento MG1; Catuaí Vermelho IAC 144; Catucaí 2‐SL; Oeiras MG‐6851; MGS Turmalina e Paraíso Híbrido) e três regimes hídricos (Irrigado, Sequeiro e Fertirrigado). O experimento foi estabelecido em delineamento em blocos casualizados no esquema de parcela subdivididas. Nesse experimento percebe-se que altas produtividades aliadas a boa qualidades sensoriais do café podem ser alcançadas em cultivos em altitude de transição, desde que, se utilize a combinação correta entre genótipo e o fornecimento de irrigação às plantas de café. Constata-se ainda que, alta qualidade sensorial de café Arábica em altitude de transição pode ser alcançada com maior facilidade quando utiliza-se o genótipo MGS Turmalina no regime irrigado, Sacramento MG1 no regime fertirrigado e Catuaí Vermelho IAC 44 e Paraíso Híbrido em sequeiro. Percebe-se também que existe grande variabilidade fenotípica para as características de morfologia dos ramos e produtividade para os diferentes regimes hídricos e genótipos em estudo. O segundo experimento propôs analisar o perfil sensorial e químico de cafés cultivados em altitude de transição e submetidos a diferentes tempos e temperatura de fermentação pelo método de maceração carbônica. Utilizou-se para atender os objetivos propostos, cafés oriundos do genótipo MGS Turmalina, cultivado no regime irrigado. O experimento foi conduzido em delineamento em blocos casualizados, com quatro repetições, no esquema fatorial 2x4 em parcelas subdivididas, sendo que as parcelas foram compostas por duas temperaturas (30 e 60°C) em BOD’s e as subparcelas compostas por cinco tempos de fermentação, pelo método de maceração carbônica (24, 72, 126 e 162 horas de fermentação). A maceração carbônica potencializa positivamente os atributos sensoriais e químicos de cafés cultivados em altitude de transição, sendo que a fermentação por pelo menos 120 horas a 30°C é capaz de melhorar o perfil sensorial dos cafés. Neste estudo, o tratamento envolvendo 30 °C e 162 h proporcionou pontuação de 84,76 pontos, em contraste com a pontuação de 82,14 promovida pelo menor tempo (24 h) em temperatura (60 °C). Palavras-chave: Variabilidade genética; Maceração carbônica; Manejo hídrico; Irrigação do cafeeiro; Fertirrigação.Item Estudo de associação genômica ampla da resistência do germoplasma amphillo a Meloidogyne paranaensis(Universidade Federal de Viçosa, 2022-09-06) Gonzales, Rafael Vago; Caixeta, Eveline Teixeira; Salgado, Sônia Maria de Lima; Nascimento, MoysésO fitonematoide Meloidogyne paranaensis é uma das principais ameaças à cafeicultura. O desenvolvimento de cultivares de Coffea arabica resistentes a este patógeno é uma demanda urgente dos programas de melhoramento genético do cafeeiro. Progênies derivadas do germoplasma silvestre ‘Amphillo’ são consideradas potenciais fontes de resistência a M. paranaensis, porém, os mecanismos envolvidos nesta resistência ainda não foram elucidados. No presente trabalho, a resistência de diferentes progênies derivadas de Amphillo foi estudada e foram identificados marcadores moleculares associados a resistência. Por meio da Associação Genômica Ampla foram identificados marcadores SNP (Single Nucleotide Polymorphism) associados a genes potencialmente envolvidos no controle da resistência. Foram analisados 158 genótipos pertencentes a quatro progênies derivadas de cruzamentos entre germoplasma ‘Amphillo’ e linhagens da cultivar Catuaí Vermelho. Estes cafeeiros foram fenotipados para cinco caracteres relacionados à resistência, sendo eles as variáveis nota, número de ovos por grama de raiz, fator de reprodução e tipo de reação ao nematoide. Foram genotipados 7116 marcadores SNPs e após filtragens de qualidade foram selecionados 931 SNPs para condução do estudo de associação genômica ampla. Por meio do modelo linear misto foram identificados 12 SNPs com associações significativas com ao menos uma das variáveis avaliadas. Foram mapeados 18 genes sendo considerados aqueles nos quais os SNPs estão inseridos e os genes imediatamente mais próximos nos sentidos upstream e downstream. Os resultados obtidos fornecem subsídio para o desenvolvimento de marcadores para seleção assistida, para estudos sobre a herança genética e para elucidação de mecanismos moleculares envolvidos na resistência de C. arabica a M. paranaensis. Palavras-chave: Fitonematóide. Arquitetura Genética. Meloidogyne paranaensis.Item Cytogenomics in Coffea L.(Universidade Federal de Viçosa, 2021-10-14) Sattler, Mariana Cansian; Clarindo, Wellington RonildoThe genus Coffea comprises ~124 species, including C. arabica and C. canephora, which are responsible for the commercial production of coffee beans. Although most cytogenomic researches are focused on commercial species and its relatives, efforts have been made to expand the scope to wild species. However, molecular cytogenetic data are still limited to karyotype organization, especially due to low quality of the cytogenetic preparations. Considering this, the present work is focused on the cytogenomics of Coffea species. The first chapter provides an up to date review on the history of Coffea cytogenomics, initiating with the first classical cytogenetic studies, encompassing the main challenges and landmarks in cytogenetics and genomics, as well as their integration. These cytogenomic data allowed us to understand the phylogenetic relationships in Coffea, as well as their genomic origins, highlighting the relatively recent events of allopolyploidy. These events include the origin of the allotetraploid C. arabica (2n = 4x = 44, C. canephora x C. eugenioides) and the allotriploid hybrid ëHÌbrido de Timorí (2n =3 x = 33, C. arabica x C. canephora). The second chapter is devoted to the study of repetitive sequences (repeatome) of the C. eugenioides genome, by integrating bioinformatic tools with cytogenetic mapping. We showed that repetitive sequences comprise ~47% of C. eugenioides genome, with mobile elements representing 45%. The Ty3/Gypsy to Ty1/Copia ratio was high (32:4), as also observed for other Coffea species. We mapped three Ty1/Copia (Bianca, TAR and Tork) and one Ty3/Gypsy (Athila) LTR-retrotransposon in metaphase chromosomes and interphase nuclei of C. eugenioides. Their distribution exhibited a clustered pattern throughout different chromosomes and regions of the chromosomes. The results obtained here are unprecedented for Coffea. Thus, we hope they lay the background for further investigations regarding Coffea cytogenomics.